CN106280365A - 一种快速响应的热敏电阻及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速响应的热敏电阻及其应用，涉及PTC热敏电阻器及其应用技术领域，所述快速响应的热敏电阻由聚有机硅氧烷、聚碳酸酯、环氧树脂、PVP、碳基材料、金属纤维、二氧化硅、阻燃剂、抗氧化剂、抗紫外线剂、润滑剂组成，将PVP制成片状干凝胶，碳化后得到贯穿整个热敏电阻的碳骨架，它有效的缩短了动作时间，能迅速响应，降低了残余电流，提高了热敏电阻的安全性，且具有优良的力学性能和耐腐蚀性，适用范围广。

Description

一种快速响应的热敏电阻及其应用

技术领域

本发明涉及PTC热敏电阻器及其应用技术领域，具体涉及一种快速响应的热敏电阻及其应用。

背景技术

目前，空调、加湿器、电暖器等家用电器一般使用带风机的电加热器进行制热。但是，当风机在堵转、失效或者因工作电压偏低等情况下导致转速降低或停止运转时，若电加热器不能及时断开，加热元件会持续进行干烧，可能导致家用电器整机过热变形，甚至着火。

热敏电阻器是一种电阻值对温度极为敏感的电阻器，其最基本的特性是其阻值随温度的变化而变化。高分子PTC热敏电阻器是由填充了炭黑颗粒的聚合物材料制做而成的热敏电阻器，其广泛应用于邮电通讯、计算机、汽车摩托车电子、手机电池、通讯卫星、避雷装置、运载火箭、飞机、坦克、医疗仪器、粮食仓库、火灾报警、家用电器等电子线路中，起过流保护或过温保护的作用。相比于普通的热敏电阻器，高分子PTC热敏电阻器的电阻可恢复，具有可重复多次使用的特点，从而使得高分子PTC热敏电阻器的研究受到越来越多的关注。众所周知，对于高分子PTC热敏电阻器而言，动作时间越短，其越能快速而有效的发挥过流保护或过温保护的作用。一般而言，流经电路的电流越大，或工作环境温度越高，高分子PTC热敏电阻器的动作时间越短。因此，在流经电路的电流一致的情况下，高分子PTC热敏电阻器在环境温度更高时具有更短的动作时间和更小的残余电流，而环境温度(T)与高分子PTC热敏电阻器的阻抗值(R)密切相关。到目前为止，为了降低高分子PTC热敏电阻器的残余电流，减少响应时间，人们采用的比较常见的方法有往原料里添加金属颗粒，比如银、钨、铜、镍、铁等做导电剂的，或者提高原料中导电炭黑的添加量，但是这些方法都不够理想，其均无法实现缩短动作时间，降低残余电流的目的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种对温度非常敏感，响应时间短的高分子热敏电阻器，本发明的目的还在于提供所述快速响应的高分子热敏电阻材料在加热器上的应用。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种快速响应的热敏电阻，由以下重量份的原料制成：聚有机硅氧烷50～60份、聚碳酸酯100～150份、环氧树脂30～50份、PVP 150～200份、碳材料15～30份、金属纤维5～15份、二氧化硅3～12份、阻燃剂0.1～0.8份、抗氧化剂0.1～0.3份、抗紫外线剂0.1～0.3份、润滑剂0.3～0.5份。

优选的，所述快速响应的热敏电阻，由以下重量份的原料制成：聚有机硅氧烷50份、聚碳酸酯120份、环氧树脂32份、PVP 180份、碳材料20份、金属纤维8份、二氧化硅6份、阻燃剂0.3份、抗氧化剂0.3份、抗紫外线剂0.1份、润滑剂0.3份。

优选的，所述碳材料为碳纳米管、石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纤、碳纳米球、乙炔黑、炭黑、活性炭、多孔碳中的一种。

优选的，所述快速响应的热敏电阻的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过化学交联法将PVP制备成片状水凝胶，将片状水凝胶干燥固化后，在惰性气体中煅烧3～5h，煅烧温度为400～600℃，得到碳骨架；

(2)将有机硅氧烷、聚碳酸酯、环氧树脂溶于有机溶剂中，在90～100℃下保温0.5～2h，冷却至50～60℃，然后依次加入碳材料、金属纤维、二氧化硅，球磨1～2h，再加入阻燃剂、抗氧化剂、抗紫外线剂和润滑剂，球磨20～30min，得到混合基料；

(3)将碳骨架完全浸入混合基料中，超声5～10min，再静置30～60min，取出碳骨架，然后在辐射剂量率为200Gy/s～500Gy/s的条件下辐照60～100kGy，得到快速响应的热敏电阻。

优选的，所述有机溶剂为乙醇、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甲基异丙酮中的一种或多种。

一种快速响应的热敏电阻的应用，所述快速响应的热敏电阻在空调电加热器上的应用。

本发明的有益效果：本发明提供了一种含有碳骨架的平板热敏电阻，通过将凝胶碳化得到碳骨架，并在碳骨架中填充热敏电阻材料，由于碳骨架具有优良的导热性和导电性，使得热敏电阻具有均匀的导电性和导热性，从而实现缩短动作时间，降低残余电流的目的，有效的发挥过流保护或过温保护的作用；聚碳酸酯具有良好的力学性能、尺寸稳定性，聚有机硅氧烷具有良好的耐腐蚀性；碳材料不仅对导电聚合物具有补强效果，增强热敏电阻的力学强度，还具有优良的导热性和导电性，进一步提升热敏电阻的安全性。本发明的热敏电阻器以碳为骨架，贯穿整个热敏电阻，有效的缩短的动作时间，响应迅速，降低了残余电流，提高了热敏电阻的安全性，且具有优良的力学性能和耐腐蚀性，适用范围广。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种应用于空调电加热器上的快速响应的热敏电阻的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过化学交联法将150份PVP制备成片状水凝胶，将片状水凝胶干燥固化后，在保护气氩气中煅烧3h，煅烧温度为600℃，得到碳骨架；

(2)将50份有机硅氧烷、150份聚碳酸酯、30份环氧树脂溶于乙醇、N,N-二甲基乙酰胺的混合溶液中，在100℃下保温0.5h，冷却至50～60℃，然后依次加入25份石墨烯、10份银纤维、12份二氧化硅，球磨1.5h，再加入0.8份阻燃剂、0.1份抗氧化剂、0.1份抗紫外线剂和0.5份润滑剂，球磨20～30min，得到混合基料；

(3)将碳骨架完全浸入混合基料中，超声5～10min，再静置30～60min，取出碳骨架，然后在辐射剂量率为200Gy/s的条件下辐照60kGy，得到快速响应的热敏电阻。

实施例2：

一种应用于空调电加热器上的快速响应的热敏电阻的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过化学交联法将180份PVP制备成片状水凝胶，将片状水凝胶干燥固化后，在保护气氩气中煅烧4h，煅烧温度为450℃，得到碳骨架；

(2)将50份有机硅氧烷、120份聚碳酸酯、32份环氧树脂溶于二甲基亚砜中，在90℃下保温1h，冷却至50～60℃，然后依次加入20份多壁碳纳米管、8份镍纤维、6份二氧化硅，球磨1.5h，再加入0.3份阻燃剂、0.3份抗氧化剂、0.1份抗紫外线剂和0.3份润滑剂，球磨20～30min，得到混合基料；

(3)将碳骨架完全浸入混合基料中，超声8min，再静置30min，取出碳骨架，然后在辐射剂量率为400Gy/s的条件下辐照80kGy，得到快速响应的热敏电阻。

实施例3：

一种应用于空调电加热器上的快速响应的热敏电阻的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过化学交联法将180份PVP制备成片状水凝胶，将片状水凝胶干燥固化后，在保护气氩气中煅烧4h，煅烧温度为500℃，得到碳骨架；

(2)将60份有机硅氧烷、100份聚碳酸酯、40份环氧树脂溶于二甲基亚砜、四氢呋喃的混合溶液中，在90℃下保温2h，冷却至50～60℃，然后依次加入30份碳纤维、5份铁纤维、3份二氧化硅，球磨1h，再加入0.1份阻燃剂、0.3份抗氧化剂、0.3份抗紫外线剂和0.5份润滑剂，球磨20～30min，得到混合基料；

(3)将碳骨架完全浸入混合基料中，超声5～10min，再静置30～60min，取出碳骨架，然后在辐射剂量率为500Gy/s的条件下辐照100kGy，得到快速响应的热敏电阻。

实施例4：

一种应用于空调电加热器上的快速响应的热敏电阻的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过化学交联法将200份PVP制备成片状水凝胶，将片状水凝胶干燥固化后，在保护气氮气中煅烧5h，煅烧温度为400℃，得到碳骨架；

(2)将60份有机硅氧烷、120份聚碳酸酯、50份环氧树脂溶于N,N-二甲基甲酰胺和甲基异丙酮的混合溶液中，在100℃下保温1h，冷却至50～60℃，然后依次加入15份铜纳米球、15份金属纤维、5份二氧化硅，球磨～2h，再加入0.6份阻燃剂、0.3份抗氧化剂、0.1份抗紫外线剂和0.3份润滑剂，球磨20～30min，得到混合基料；

(3)将碳骨架完全浸入混合基料中，超声5～10min，再静置30～60min，取出碳骨架，然后在辐射剂量率为300Gy/s的条件下辐照90kGy，得到快速响应的热敏电阻。

综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明的热敏电阻器以碳为骨架，贯穿整个热敏电阻，有效的缩短了动作时间，响应迅速，降低了残余电流，提高了热敏电阻的安全性，且具有优良的力学性能和耐腐蚀性，适用范围广。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种快速响应的热敏电阻，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚有机硅氧烷50～60份、聚碳酸酯100～150份、环氧树脂30～50份、PVP 150～200份、碳基材料15～30份、金属纤维5～15份、二氧化硅3～12份、阻燃剂0.1～0.8份、抗氧化剂0.1～0.3份、抗紫外线剂0.1～0.3份、润滑剂0.3～0.5份。

2.如权利要求1所述的快速响应的热敏电阻，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚有机硅氧烷50份、聚碳酸酯120份、环氧树脂32份、PVP 180份、碳基材料20份、金属纤维8份、二氧化硅6份、阻燃剂0.3份、抗氧化剂0.3份、抗紫外线剂0.1份、润滑剂0.3份。

3.如权利要求2所述的快速响应的热敏电阻，其特征在于，所述碳基材料为碳纳米管、石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纤、碳纳米球、乙炔黑、炭黑、活性炭、多孔碳中的一种。

4.如权利要求3所述的快速响应的热敏电阻，其特征在于，所述快速响应的热敏电阻的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过化学交联法将PVP制备成片状水凝胶，将片状水凝胶干燥固化后，在惰性气体中煅烧3～5h，煅烧温度为400～600℃，得到碳骨架；

(2)将有机硅氧烷、聚碳酸酯、环氧树脂溶于有机溶剂中，在90～100℃下保温0.5～2h，冷却至50～60℃，然后依次加入碳基材料、金属纤维、二氧化硅，球磨1～2h，再加入阻燃剂、抗氧化就、抗紫外线剂和润滑剂，球磨20～30min，得到混合基料；

(3)将碳骨架完全浸入混合基料中，超声5～10min，再静置30～60min，取出碳骨架，然后在辐射剂量率为200Gy/s～500Gy/s的条件下辐照60～100kGy，得到快速响应的热敏电阻。

5.如权利要求4所述的快速响应的热敏电阻，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甲基异丙酮中的一种或多种。

6.一种如权利要求1～5任一所述的快速响应的热敏电阻的应用，其特征在于，所述快速响应的热敏电阻在空调电加热器上的应用。